激光引信技术及其发展

伍朝刚

[摘要]介绍激光的主要特征，引信的工作原理功能和特点，阐述引信技术的发展趋势。

[关键词]激光 引信 原理

中图分类号：TN2文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0510091－01

一、激光引信工作原理

激光引信是利用激光束探测目标的引信。激光引信由激光发射机、激光接收机、信号处理电路、执行电路和电源等组成。

激光引信发射机的辐射源通常采用半导体砷化镓激光器。利用不同波形的电流信号注入激光器的泵浦电源，使激光器发射的激光束受人的响应波形信号的调制。注入激光器泵浦电源的波形信号，通常是有一定重复频率的脉冲，或编码脉冲，或一定频率的连续波。这就是说激光引信的工作体质有诸如激光器的泵浦电源的波形信号决定。目前激光引信最常用的工作体制是具有一定重复频率的脉冲体质。当目标位于激光引信接收机光学系统的市场内，并被发射机通过光学系统发出的激光束照射时，接收机的光学探测器探测来自目标的部分漫反射光。经光电转换、信号放大和处理，输入到执行电路，适时起爆战斗部。

二、激光引信特点和要求

（一）激光引信对目标能全向探测。空对空导弹早期配用得光引信是被动红外引信，它以来对目标的红外辐射的探测来工作。例如，飞机目标的红外辐射主要来自发动机喷口的黑体辐射和尾气流。所以被动红外引信主要对飞机目标的后半球探测。飞机飞行时，飞机蒙皮启动加热而产生的红外辐射，他和飞机飞行的速度和高度密切相关。尤其在高空。亚音速飞机状态下，其蒙皮的红外辐射很难被近、中红外引信利用。另外被动红外引信很难攻击具有较强红外抑制能力的目标。激光引信是探测自身发射而从目标反射的激光回波，所以它对目标的探测不受其有无红外辐射及红外辐射的方位的限制。

（二）激光引信具有良好的距离截止特性。距离截止是引信抑制预定距离之外的反射信号的性能。脉冲激光引信用电路方法实现距离截止常用距离选通器原理，如图1所示。其反射脉冲宽度为20～150ns，重复频率为5～10kHz。接收机探测到目标反射的激光回波，经激光电转换、放大，输入到距离选通器。同时对调制器输入的调制脉冲延迟，输入到选通器作为它的开门信号。只有从预定距离内的目标反射的激光回波脉冲所产生的电信号才能通过选通器。

对于周视探测器的激光引信（主要配用于空对空导弹），它采用光路交叉的原理实现距离截止，如图2所示。引信发射机和接收机沿弹轴安装，相聚一定间隔。在弹轴的赤道面上要求视野角360°探测，在弹轴的子午面上视场角很小。发射光学系统先对激光器打发出的较大束散角的光束进行准直，后用柱镜或反射光锥、光楔在径向进行扩束，通常用4~6个象限使之形成360°视野角。接受光学系统用浸没透镜或抛物面反向镜使之径向获得360°的视野角；由探测器的光敏尺寸和系统的焦距决定视场角。在处置弹轴的方位上，很窄的发射激光束和接收机探测视场交叉而形成一个重叠的区域。目标只有进入这个区域，接收机才能探测到目标反射的激光回波。重叠区的范围对应着引信最大作用距离和最小作用距离。通过调整发射和接受光学系统的参数来设计音信的作用区。按不同导弹的作战要求，引信作用半径在3～9m，截止距离精度可达到±0.5m。

对于前视探测的激光引信（主要配用于反坦克破甲弹），也采用光路交叉的原理实现距离截止，如图3所示。其发射机和接收机分别安装在弹体头部的圆截面直径的两端，发射光束和接受光学视场角基本相同，两者前倾构成光路交叉重叠区。发射光束轴线和接收视场轴线交会与一点，构成三角形，其底边上的高即为引信的定距。当目标进入发射光束和接收视场的重叠区，接收机探测到目标反射的激光回波，经光电转换、放大，输出一系列的脉冲信号，其幅值包络曲线的最大值对应于引信的定距点。通过调整发射光束轴线和接受视场轴线的倾斜角来设定距点。按导弹不同的炸距要求，其作用距离多在1m以内，通常定距精度为±0.1m。

（三）引信提供的位置信息与战斗部定向性相匹配。对于周时探测的多象限激光引信，（如图3所示）沿着弹轴向安装有四个或六个发射机，每一个发射机的光学系统使得发射的激光束成极薄的扇形，其扇面的有效区为90°或60°。接收机的倾角和试场同发射机相匹配。这样，在弹目交会瞬间可获得目标相对于导弹的位置信息，即目标

相对导弹的位置信息来控制爆炸逻辑网络，使战斗部在恰当的位置定向起爆，从而获得最佳的引战配合效果。

三、光引信的发展趋势

由于半导体激光引信具有可靠性打，安全性高，重量轻和成本低等有点，从而能导致较高的战斗效率。因此美国航空和航天管理局（NASA）开始了一项三阶段的计划，这些计划将借助飞行验证研究全固体半导体激光器系统的应用，在激光引信方面减小杂散信号引起的潜在危险。

为了使激光近炸引信能探测距离比较远的目标，以用于先进的防空系统和弹道导弹系统，美国还研究了将Nd：YAG激光器用于激光引信。对这种激光器的要求是，脉宽在10ns左右脉冲重复频率大于1kHz，峰值功率大于100W。

参考文献：

[1]王为奎、唐浩、方延平，激光技术在引信中的应用，现代物理知识，2007.

[2]Schulze N,Laser initiated ordnance activities in NASA,1994,N96-12005:1～38.